螺旋槳葉片砂帶磨削技術方案與磨頭裝置結

1、重慶大學本科學生畢業(yè)設計（論文）螺旋槳葉片砂帶磨削技術方案與磨頭裝置結構設計學 生: 駱桃學 號: 20102434指導教師：黃云專 業(yè)：機械設計制造及其自動化重慶大學機械工程學院二O一四年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversityPropeller blade belt grinding and grinding equipment technology program designUndergraduate: luotaoSupervisor: Prof. HuangYunMajor: Mechanical Design and

2、Manufacturing and AutomationCollege of Mechanical EngineeringChongqing UniversityJune 2014摘 要本課題主要研究的是螺旋槳葉片這種空間曲面的加工問題。螺旋槳葉片采用的是砂帶磨削，本文主要針對曲面加工設計一種砂帶磨削方案，解決加工難的問題，還要針對砂帶磨削的方案進行磨頭裝置結構設計。此過程中必須要大量閱讀螺旋槳葉片加工相關的資料，一步步的對方案進行修改優(yōu)化。磨頭結構的設計主要根據加工的是螺旋槳的尺寸較大，加工面比較復雜而設計的。在設計過程中對磨頭結構的主要零件進行分析，并用三維軟件進行實體建模，再將其裝配成型

3、。最后對磨頭結構中的零件進行理論計算，得出最終的磨頭結構尺寸。本課題所設計的磨頭是一種新型的磨頭結構，此次設計會讓螺旋槳葉片的加工難的問題得到一定的解決，為我國的船舶事業(yè)做出一定貢獻。關鍵詞：螺旋槳，砂帶磨削，磨頭ABSTRACTThe main topic of research is this spatial processing problems propeller blade surface. Propeller blade grinding belt is used, the paper focused on designing a belt grinding surface mac

4、hining solutions to solve the difficult problem of processing, but also programs for belt grinding grinding device structure. Must read a lot of the propeller blade machining process-related information, a step by step plan to be modified to optimize. Grinding process according to the structure desi

5、gn of the main propeller of larger size and more complex processing surface design. In the main part of the design process to analyze the structure of the grinding head, and three-dimensional solid modeling software before its assembly molding. Finally, the structure of the grinding parts for theore

6、tical calculation, the final grinding structure size. This paper designed a new type of grinding wheel head structure, the difficult problem of processing the propeller blade design will get some solutions for China's ship industry to make some contribution.Key words： Propeller, abrasive belt gr

7、inding,Grinding目 錄中文摘要.ABSTRACT.1緒論.1 1.1 課題的研究目的意義及其研究內容.1 螺旋槳加工難度及其加工現狀.1 課題的意義及其主要任務.2 課題的重點研究內容.21.2 砂帶磨床介紹.2 砂帶磨床發(fā)展背景介紹.21.2.2 砂帶磨床的發(fā)展現狀與趨勢.32 螺旋槳砂帶磨削工藝分析.52.1 砂帶磨削機理.52.2螺旋槳砂帶磨削工藝分析.62.2.1 砂帶磨削方式選擇.62.2.2 砂帶及其磨料的選用.62.2.3 螺旋槳砂帶磨削工藝參數設置.73 螺旋槳葉片砂帶磨削磨頭結構設計.93.1 磨削力的理論計算.93.2 磨削功率計算.93.3 磨頭結構的尺寸設

8、計.103.3.1 接觸輪設計.103.3.2 張緊輪設計.113.4 砂帶張緊力計算.123.5 張緊機構.133.6 砂帶尺寸選擇與計算.133.7 砂帶磨削過程中的受力分析.144螺旋槳葉片砂帶磨削三維建模.164.1 三維建模的意義.164.2磨頭機構裝配成形圖.165功能分析.186 結論.19致謝.20參考文獻.211 緒論1.1 課題的目的意義及其研究內容1.1.1 螺旋槳加工難度及其加工現狀本課題中，研究解決螺旋槳復雜表面加工的方法。因為船用螺旋槳葉片是由復雜幾何形狀組成的工件，直徑大，葉片多，空間重疊區(qū)域較大，吸力面和壓力面都為空間曲面，隨邊、導邊都是采用空間曲線圓滑過渡、葉

9、片頂部收縮成線的構造，葉片和槳轂之間過渡圓角半徑由導邊到隨邊不斷變化1。螺旋槳是船舶的核心部分，它對船舶的各項指標都有很大的影響。不管是大型輪船還是小型船舶，船舶的運行效率和推進速度都受到螺旋槳加工精度的影響，螺旋槳的加工精度低的話，會導致在運行過程中產生震動以及噪聲。因此，我們時常想要怎么提高船舶的運行效率和推進速度，要想提高船舶的運行效率和推進速度，就得對螺旋槳進行進一度的精加工，以達到預期的要求。目前，我國的工業(yè)生產中，很多的船舶生產企業(yè)都已經采用了數控銑削機床，不過說銑削出來的成品還是不能夠達到要求，其精度和表面質量都不夠，也還有一些生產制造商還是采用的落后的手工打磨技術，其加工效率之

10、低，“鑄造-數控加工-鉗工打磨”工藝也是一些企業(yè)對螺旋槳葉片加工的方法，更甚者還有一些企業(yè)完全采用手工打磨制造成型，這無疑是最落后的。人工拋磨是能夠實現對一些復雜曲面的磨削加工和拋光加工，但是人與人是不一樣的，每個人的拋磨水平是有高有低的，這樣就會造成螺旋槳加工出來的精度難以得到有效的控制，這樣的加工方式勞動強度大，加工周期也會很長，加工出來的螺旋槳葉片表面質量也不好，誤差較大2。國外對螺旋槳的加工雖然有一定的先進技術，但是國外對這些技術都是有技術封鎖的，所以我國要想擁有加工螺旋槳先進技術，必須得自主研發(fā)。從螺旋槳葉片的加工精度和經濟方面考慮，我們就要選擇一種加工效率高、成本造價低廉的加工方式

11、。本課題綜合各方面的因素，決定采用砂帶磨削方式對螺旋槳葉片進行加工。在傳統(tǒng)的磨削加工工藝中，通常是采用電動砂輪機，再用砂布帶進行手工修理，這種方式成本雖然低廉，但工人操作安全性較差，生產效率不高，加工出來的螺旋槳葉片表面質量也不符合要求。而砂帶磨削是根據工件形狀，采用高速運轉的砂帶以相應的接觸方式，對工件表面進行磨削和拋光加工的一種新工藝3。砂帶是使用粘結劑將磨料粘結在紙、布等可撓性材料上制成的可以進行磨削和拋光的一種帶狀工具，它是涂附磨具的一種主要形式，其基本組成是：基材、磨料和粘結劑，合稱為砂帶構成的三要素，較長的砂帶周長使磨料得到良好的冷卻，柔性的砂帶也容易適應不同形狀的工件。砂帶磨削技

12、術在我國還不是很成熟，目前，只有一些企業(yè)擁有此技術，其中三磨海達對砂帶磨床的研究處于領先的。砂帶磨削的時候磨削震動小、粗糙度小、磨削精度高，并且磨削的時候非常安全。1.1.2 課題的意義及其主要任務針對螺旋槳葉片磨削裝置研究現狀，以及螺旋槳加工的問題，結合砂帶磨削的加工特性進行螺旋槳葉片砂帶磨削技術方案與磨頭裝置結構設計。本課題的主要內容有以下幾點：（1）系統(tǒng)調研和分析國內外砂帶磨削的研究、發(fā)展和應用情況；（2）熟練掌握AUTOCAD、CAXA等機械設計軟件；（3）理解和掌握螺旋槳葉片磨削裝置的加工工藝要求，進行該磨削裝置的功能分析；（4）結合實際問題研究完成螺旋槳葉片磨削技術方案設計和裝置的

13、機械結構設計；1.1.3 課題的重點研究內容針對螺旋槳葉片磨削裝置研究現狀，結合砂帶磨削的加工特性，進行螺旋槳葉片磨削技術方案與磨頭裝置設計。1.2 砂帶磨床介紹1.2.1 砂帶磨床發(fā)展背景介紹 砂帶磨床是利用快速轉動的砂帶作為磨具進行磨削和拋光的床。砂帶磨床可以分為萬能砂帶磨床、外圓砂帶磨床、內砂帶磨床、平面砂帶磨床和型面砂帶磨床等。其中萬能砂帶磨床可以用于各種磨削加工，外圓砂帶磨床主要用于外援輪廓的磨削，平面砂帶磨床主要用于磨削平面。砂帶磨床在過去大多都只在一些發(fā)達的工業(yè)國家被應用于磨削加工，由于國外對技術的封鎖，尤其以前在我國很少被用到。經過這些年的發(fā)展，砂帶磨床逐漸登上了我國

14、磨削工業(yè)的舞臺。近幾年，隨著我國的砂帶磨削技術的發(fā)展，砂帶磨床的應用越來越廣泛，凸現了許許多多的企業(yè)加入了砂帶磨床的生產與制造。1.2.2 砂帶磨床的發(fā)展現狀與趨勢砂帶磨床的應用十分廣泛，普及到各行各業(yè)，而且對各種不同類型的材料都能進行加工，尤其是對復雜曲面的加工5。目前，國外的砂帶磨床發(fā)展迅速，很多國家的砂帶磨床都逐漸取代了砂輪磨床，尤其是在一些發(fā)達的工業(yè)國家，在我國也應用于船用螺旋槳葉片的加工。隨著砂帶磨削技術的不斷進步，砂帶磨床再制造加工領域起著越來越重要的作用，帶領著制造加工業(yè)的發(fā)展。國外砂帶磨削技術飛速發(fā)展，我國也逐漸參與到砂帶磨削技術的研究中來。砂帶磨削技術在國內得到了一定的推廣，

15、很多企業(yè)都運用砂帶磨削解決了很多生產實際問題。目前，砂帶磨削設備已經我國很多企業(yè)都得到了應用，但是砂帶的種類還不是很多，質量也不夠高，就是說我國的應用還處于初級階段6。與國際先進水平還是有很大的差距的。經過近30年的發(fā)展，我國砂帶磨削已經具有較完整的體系，國內砂帶使用的設備已經從最簡單的手提式砂帶磨削裝置發(fā)展到高度自動化的砂帶磨削機床，砂帶磨削已經被作為一種可行性良好的技術，得到了廣泛的應用。砂帶磨削是一種高效的拋磨工藝，其應用前景是不可估量的。目前，砂帶品種越來越多，其質量也越來越好，這就引起砂帶壽命會越來越長。隨著砂帶磨床自動化性能的提高，對它的應用在我國會達到一個新的高度。砂帶磨削加工的

16、優(yōu)點主要有：砂帶磨削能夠加工各種形狀的工件。常見的加工表面肯定能用砂帶磨削加工，一些特殊的復雜空間曲面也能用砂帶磨削加工。例如：板材的拋磨加工。砂輪的寬度只能夠達到1000mm，砂帶卻有2500mm以上。砂帶的寬度可以很大，目前最寬的砂帶有4900mm。實際生產中常用的加工寬度為502000mm之間，加工厚度0.4150mm。磨削的時候溫度低，對工件產生的影響?。荒ハ鞯哪ハ髁π?，容易控制；磨削精度高，對加工要求較高的工件也能滿足要求；加工的時候震動和噪聲比較小，對環(huán)境污染小，符合當代工業(yè)對制造加工的要求；磨削效率高，靈活性好，這就能夠更好的滿足用戶的要求。砂帶磨床的發(fā)展趨勢7 繼續(xù)提高生產效率

17、。提高生產率是各行各業(yè)老生常談的問題了，不管怎么樣，我們都是用來完成生產加工的，對生產率的提高，就會給我們帶來更高的效益； 提高加工精度。隨著世界的發(fā)展，各行各業(yè)對其產品都會有更高的要求，已滿足人們的需求，制造業(yè)當然就需要提高其加工精度； 延長砂帶使用壽命。砂帶的使用壽命需要被延長，這樣就不用對砂帶進行頻繁的更換，可以從砂帶的材料方面著手研究； 提高自動化程度。機械制造系統(tǒng)自動化是機械制造的重要發(fā)展方向，其目的是一先進可靠的制造工藝為基礎，采用現代的機電一體化技術、自動控制技術、數控技術、自動化制造裝備等所構成的制造系統(tǒng)，實現其過程的自動化，從而高速度、高效益、高質量地制造出大量產品。隨著工業(yè)

18、的不斷進步與發(fā)展，自動化技術就越來越得到重視，機床的自動化能夠節(jié)省大量的人力物力；擴大萬能性和適應性。隨著工業(yè)的不斷進步與發(fā)展，單一功能的機床已經無法滿足市場的需求了。砂帶磨床的萬能性、適應性也越來越被重視，在砂帶磨床的制造中，應盡可能使砂帶磨床在工業(yè)生產中做到能一機多能、一機多頭8。2 螺旋槳砂帶磨削工藝分析2.1 砂帶磨削機理砂帶磨削是高速旋轉的砂帶與工件接觸的磨削方式。砂帶纏繞在驅動輪、張緊輪、接觸輪上，通過驅動輪帶動砂帶高速旋轉，進行磨削加工。工件與砂帶接觸的時候，砂帶會磨削去除工件表面的一層材料，完成對工件的一次加工。通常來說砂帶磨削的切削速度不高，一般在2030米秒之間，這樣就能夠

19、保證磨削加工的磨削力相對較小，磨削壓力在20 30兆帕之間，這就使得磨削加工容易得到控制。圖2.1是砂帶磨削設備原理示意，環(huán)形砂帶安裝在壓輪和張緊輪上，當工件有傳送帶送至支承板和接觸輪之間的磨削區(qū)域時，即受到高速運動的砂帶的磨削加工，當砂帶磨損后殼即時更換。 圖 2.1砂帶磨削基本要素 1-砂帶 2-張緊輪 3-接觸輪 4-工件 -磨削參數砂輪磨削對大多數人來講都不陌生，其磨削原理很簡單。廣義地講，砂帶磨削與砂輪磨削一樣，都是屬于高速運動的“微刃切削刀具”磨粒的微量切削的累積效應，所以兩者的磨削機理也都大體一致。但是因為砂帶本身的結構特性，使得砂帶磨削與砂輪磨削又有著本質的卻別，這主要表現在：

20、1)砂輪磨削是剛性接觸磨削，砂帶磨削卻是彈性接觸磨削，就算是使用無彈性的砂帶亦是如此，因為組成砂帶的基材、粘結劑它們都有一定的彈性，而且通常情況都是采用橡膠作為接觸輪的材料。正因為如此，砂帶磨削除了具有滑擦、耕犁和切削作用外，還對工件具有擠壓作用，就會使之發(fā)生塑性變形，從而撕裂表面。因此，砂帶磨削同時具備磨削、研磨、拋光的功用。這就是砂帶磨削加工的表面質量好的緣故。另一方面，因為砂帶磨削是彈性磨削，就會使得砂帶磨削比砂輪磨削與工件的接觸長度長，參與磨削的磨粒會增多，每顆磨粒上所受的載荷就會減小，并且變得均勻，以至于磨粒破損小。而使整個砂帶的磨耗比(磨削材料去除量與砂帶磨粒消耗量之比稱為磨削比，

21、而磨削比的倒數就稱為磨耗比)比砂輪要小得多。2)砂輪的磨粒在分布是不均勻的，磨削時通常是以較大的負前角進行切削，磨削條件十分惡劣。砂帶不同的是，其磨料是專門制造的，磨料分布均勻，多呈長三角體。因此，砂帶的磨粒要比砂輪的鋒利得多，磨削效率自然就高很多磨削時所產生的溫升就會比較小。3)砂輪磨粒間是用結合劑填充的，導致積屑空間小。而砂帶磨粒間容屑空間最少比砂輪大10倍，加上其磨粒等高性好，因此砂帶的有效切削面積比砂輪大得多，切削能力比砂輪強，并且磨屑不會殘留在砂帶表面，從而造成堵塞，就不會由此增加摩擦發(fā)熱，磨削區(qū)域得溫度相對來說較低。4）砂帶的周長可以設計的很長，至少比砂輪的周長長，這就使得砂帶磨削

22、比砂輪磨削可以有更好的散熱區(qū)域，同時砂帶的懸空部分亦可以抖掉砂帶上殘留的磨粒，進一步減小堵塞，降低磨削溫度。5）砂帶的磨粒植入時，是使磨粒的鋒利端向上，如此可使粘附在基體上的單層磨粒都是鋒利的，因而砂帶磨削的生產效率比普通磨削高520倍。      2.2 螺旋槳砂帶磨削工藝分析2.2.1 砂帶磨削方式選擇圖 2.2 砂帶磨削磨削方式圖在本文中，對螺旋槳葉片曲面的復雜的解決方案的研究，以上介紹了的螺旋槳葉片的加工現狀，可以看出，在現有的螺旋槳葉片的加工方法來看，砂帶磨削是一種經濟實惠、精度高的加工方法。在加工過程中，砂帶磨削可以分為兩

23、種磨削方式：開式和閉式磨削。開式磨削是把砂帶的兩頭纏繞在兩個不同的驅動輪上，由倆個驅動輪交替驅動，帶動砂帶磨削，這樣就形成了往復磨削，最后實現工件的磨削加工；閉式磨削則不同，它是直接由三相異步電機驅動，帶動砂帶進行磨削，完成工件的加工。結構如圖2.2所示。雖然開式砂帶磨削精度、一致性都比閉式磨削優(yōu)越，但從磨削效率方面考慮，閉式砂帶磨削要比開式砂帶磨削高的多11。在實際生產中，必須根據具體加工要求來選擇磨削方式因為螺旋槳葉片的加工既要保證一定的磨削精度，又要有較高的磨削效率，在通常情況下，需要直接在鍛造毛配上進行加工，綜合考慮磨削精度和磨削效率，同時考慮本課題中螺旋槳葉片磨削將廣泛應用于生產加工

24、之中，就可以知道在保證加工精度的前提下更注重效率問題，最后決定選擇閉式磨削作為此次課題中砂帶磨床的磨削方式。2.2.2 砂帶及其磨料的選用砂帶磨削是在眾多的磨料切削刃垂直的方向來完成切學的，每個磨粒都可以近似為一個微型的研磨工具，研究這些單顆粒的研磨過程是研究整個砂帶磨削的基礎。  從微觀角度來看，砂帶的磨粒就像是一種圓弧刀尖鈍角或鈍圓刃口的刀具。它的刀尖半徑從幾微米到幾十微米不等，其大小跟磨粒的材料有關。因為砂帶的磨粒具有這種特性，磨削的時候切削深度就很小，一般在0.0050.05mm左右。砂帶由磨料、結合劑及基體組成，如圖2.3。跟砂輪磨粒選擇差不多，砂帶的磨粒、粒度有

25、不同規(guī)格的；砂帶的基體也有很多種，如聚氨酯膠帶、紙基、布基等；粘結劑也有許多不同種類的，如皮膠、樹脂等。對于砂帶的選擇，需要根據具體的加工要求以及工藝要求等來決定。因為螺旋槳葉片大多采用高強度的錳鐵黃銅合金和耐熱不銹鋼等材料，所以其磨削砂帶基體通常選用布基、并采用樹脂粘結劑粘結砂帶，砂帶磨料選用剛玉，其粒度視磨削工藝而定。根據一般的加工標準，粗磨時砂帶粒度為5080，精磨時為150180。在本課題中砂帶磨削的要求為精磨，故砂帶粒度取為160。圖2.3 砂帶的組成要素 1-基材 2-底膠 3-覆膠 4-磨料 5-基材處理劑2.2.3 螺旋槳砂帶磨削工藝參數設置砂帶磨床砂帶的主要技術參數主要包括：

26、砂帶長度、寬度；磨削速度即砂帶速度；螺旋槳工件進給速度；驅動砂帶高速旋轉的電機功率。砂帶寬度直接影響磨削的效率，在機床功率允許條件下，寬度越大，磨削效率越高。砂帶寬度的選擇必須根據具體加工條件而定。因為螺旋槳葉片是一種復雜的空間曲面加工，砂帶寬度若是選的太大，砂帶就容易與螺旋槳葉片產生干涉，進而影響螺旋槳葉片的加工精度。所以我們必須對砂帶的寬度有所限制，一般在1040mm范圍內。對于砂帶長度的選擇，原則上是越長越好，但是如果過長的話，就會導致機床本身所占的空間太大，所以砂帶的長度就要在機床空間允許的情況下盡可能選擇長的。船用螺旋槳葉片通常采用錳鐵黃銅和不銹鋼等材料，它們的強度高、耐磨性好、耐腐

27、蝕性好。砂帶的速度一般在2030m/s，可以選擇砂帶速度Vs=20m/s，工件轉速Vw=10r/min。砂帶磨床主要參數選擇如下：砂帶速度：Vs=20m/s螺旋槳進給速度：Vw=10r/min砂帶規(guī)格：850mm×37mm（長度×寬度）驅動輪所用電機額定功率：11Kw （Y160M-4）電源：380V 50HZ 電機轉速：1460r/min進給系統(tǒng)伺服電機額定功率：1.5Kw 電源：380V 50HZ 電機轉速：3000r/min磨削方式：閉式磨削3 螺旋槳葉片砂帶磨削磨頭結構設計3.1 磨削力的理論計算在砂帶磨削過程中對磨削力的研究，是一個非常重要的參數，它與磨削表面質量

28、，磨粒磨損和磨削比能有直接的關系。由于磨削力容易測量和控制，可以用來作為磨削狀態(tài)和適應控制的評定參數。砂帶磨削的磨削力與砂輪磨削不同，砂輪磨削的磨削力可以分解為三個互相垂直的分力，即切向力、徑向力及軸向力；而對于砂帶磨削一般來說，磨削力可以分解成為法向力和切向力，具體計算如下：通過前面的分析以及查閱資料可以得到一些已知條件，已知：砂帶的速度 Vs=20m/s，工件的速度Vw=10r/min，砂帶的寬度 B=37mm，有效磨削深度 =0.01mm，磨削能比Us=1100kg/mm×mm。根據公式計算如下：法向磨削力：Fn=(UsB)/Vs =535.3N切向磨削力：Ft=(UsB)/=

29、392.1N因為砂帶磨削的磨削分力的比例（即切向力與法向力之比）不同于常規(guī)的車、刨、銑削加工等。通常來說車、銑、刨等工序的切向分力都是法向分力的兩到三倍；顯然，砂帶磨削的磨削深度小，工件的進給量也小，這就說明砂帶磨削的磨削分力比也會小很多，通過實驗研究得出，砂帶磨削時磨削分力的比例一般為：Ft/Fn=0.330.75 Ft/Fn=392.1N/535.3N=0.733，顯然，此次設計滿足要求，即是說各參數設置是合適的。3.2 磨削功率計算磨削功率在磨削加工中是很重要的，對它的計算也是很有意義的。磨削功率是跟磨削力有直接關系的。由物理學與功率的關系可知： N=FV/1000 式中N功率（kW）

30、F作用力（N） V物體在力F作用下的運動速度（m/s）顯然對于砂帶磨削來說，上式中 F=Ft（切向磨削力） V=Vs（砂帶磨削速度）所以，砂帶磨削的功率應為： N= Ft Vs/1000 （kW） 因而，由（3-5）計算得：N= FtVs/1000=(392.1×20)/1000=7.842Kw由于在傳輸過程中的電機的功率損耗是必要的，所以選擇電機Y160M-4，其主要技術參數如下： 額定功率：11Kw 滿載轉速：1460r/min 起動轉矩額定轉矩：2.2N/m 最大轉矩額定轉矩：2.2N/m3.3 磨頭結構的尺寸設計3.3.1 接觸輪設計接觸輪是磨頭機構中很重要的一部分，對接觸輪

31、的設計也就顯得很重要了。接觸輪的硬度直接影響砂帶磨削的磨削表面的粗糙度，接觸輪越硬，加工的工件表面粗糙度越大；反之則越小。一般來說，接觸輪直徑越大，磨削加工時與工件的接觸面積就會越大，加工表面粗糙度就會越小。同樣的，接觸輪表面是否開槽以及開槽角度及尺寸對糙粗度也會有相應的影響，總的來說光滑的接觸輪表面磨削的工件粗糙度要小一些。此外，接觸砂輪不平衡度和圓度誤差會使磨削是產生振動，使表面粗糙度增加，所以接觸輪動平衡和外圓休整是一種降低加工表面粗糙度的重要措施。但如果接觸輪直徑太小，砂帶所受的彎曲應力會大大增加，導致磨粒極其容易脫落，嚴重影響砂帶的使用壽命。然后接觸輪的直徑還應根據具體的工藝要求來確

32、定。本次設計中，因為螺旋槳葉片是空間曲面加工，所以不能選擇太大的尺寸，但是也不能選擇太小的尺寸，故可以選擇接觸輪直徑為80mm。圖 3.1接觸輪表面形狀及其與工件接觸狀況接觸輪的硬度取決于包覆材料的軟硬，根據不同的包覆材料可以將接觸輪分為軟接觸輪和硬接觸輪。如圖3.1所示。軟接觸輪具有磨粒上所受的壓力較小的特點，砂帶磨削時產生的磨削力小，能夠更好的適應工件的外形。相反的，硬接觸輪具有磨粒上所能承受的壓力大的特點，所以磨削時所產生的磨削力相應就會很大，雖然沒有很好的適應工件外形的能力，但卻擁有磨削量大的優(yōu)點。對于船用螺旋槳葉片的加工，根據上文的分析，由于葉片屬于復雜的空間曲面，所以需要良好的適應

33、工件外形的能力，又因為工件對表面質量也有一定的要求，所以采用硬接觸輪就很難得到我們想要的螺旋槳葉片，這樣的話，我們就只能選擇軟接觸輪來進行加工了，再選用粒度較小的砂帶，這樣就能夠得到較為光滑的加工表面。除此之外，接觸輪的齒形也對砂帶的磨削力有著一定的影響。接觸輪愈光滑，粗糙度愈小，工件的加工表面質量就愈好，就愈能達到的預期的目標。根據上面的分析，可以選擇接觸輪直徑為80mm的平滑軟接觸輪來對螺旋槳葉片進行磨削加工。對接觸輪的三維建模效果圖如下：圖 3.2 接觸輪三維建模圖3.3.2 張緊輪設計張緊機構是許多加工中都要用到的部件，比如說，在鏈傳動和帶傳動中都必須要有張緊機構。張緊機構是對鏈傳動以

34、及帶傳動進行張緊的裝置。砂帶磨削從外觀來講，也應該是屬于帶傳動的類型，所以必須要有張緊機構。因為砂帶具有彈性的特點，必須要有張緊機構使得砂帶張緊，砂帶才能夠正常工作，張緊機構產生的張緊力通過張緊輪使砂帶張緊，并在驅動輪作用下帶動砂帶進行磨削，張緊輪不但起著張緊砂帶的作用，還在一定程度上起著導向的作用，使砂帶不致偏離接觸輪。張緊輪的尺寸選擇也是有要求的，張緊輪的直徑不能過小，過小的話，容易引起砂帶振動，對磨削精度有很大的影響。在一定范圍內，張緊輪直徑越大，導向控制越靈敏。但如果張緊輪直徑過大，就會造成機構不緊湊。為了使砂帶定心，可以把張緊輪和驅動輪做成凸弧形，如圖3.3所示。中凸高度值不能做得太

35、大，否則的話就會造成砂帶振動，并且使得砂帶受力不均勻，從而造成砂帶中部受損。圖 3.3 張緊輪的凸弧表面實踐中中凸值常由砂帶寬度決定（見表）B>40-6060-100100-150150-200250-400H 1 1.251.52.02.5也可按下面公式計算： 式中，為張緊輪寬度，單位mmB為砂帶寬度。張緊輪與砂帶寬度設定為一樣的，即，目的是防止在啟動砂帶時的橫向移動而損壞其他磨頭件。此次設計中，因為B=37mm，所以H=0.27=1.64mm通過計算得到：H =1.64mm。對于張緊輪的直徑，前面我們提到了砂帶磨削中必須要有一定的包角，這就要求張緊輪的直徑必須大于接觸輪的直徑。故可以

36、選定張緊輪直徑為 D1=100mm。綜上所述，張緊輪直徑D2=100mm，中凸值H =1.64mm。3.4 砂帶張緊力計算砂帶的張緊力對磨削力的大小有一定的影響，我們必須對其進行優(yōu)化設定。砂帶張緊力的簡單公式為： F=PB 式中 P接觸輪的接觸應力，通常取為P=50100N/25mmB砂帶寬度,此處取為37mm由公式計算得：F=PB =74148N砂帶的張緊程度對砂帶磨削過程有極其重要的作用，它直接影響到砂帶磨削中的磨削效率以及磨削表面質量，還與砂帶的使用壽命有直接的關系。在張緊力的選擇中，還應考慮到接觸輪的硬度以及砂帶的彈性變形。因為本設計中選用的是平滑軟接觸輪，所以在磨削加工中選擇低一點的

37、砂帶速度能夠讓砂帶獲得良好的柔性，在砂帶不跑偏的前提下，應該選擇較小的張緊力，此處我們可以取砂帶的張緊力F=80N。3.5 張緊機構張緊機構是磨頭機構中很重要的一環(huán)，要使磨削工作能夠正常進行，砂帶必須要處于長進狀態(tài)。因為砂帶磨削是彈性磨削，在磨削過程中砂帶會發(fā)生彈性變形而伸長，就導致預緊力下降，因此，砂帶要重新張緊才行。砂帶的張緊方式有兩種：內部張緊和外部張緊。其中內部張緊是把張緊輪壓在砂帶的背面，相反的，外部張緊是把張緊輪壓在砂帶的砂面，此次設計選擇的是內部張緊。此外，張緊機構還可以分為周期性張緊裝置和自動張緊裝置。周期性張緊裝置大都是通過螺紋或者蝸輪副來張緊的，這里不過多介紹。自動張緊裝置

38、的張緊方式有很多，比如說氣動、液壓自動張緊，還有用彈簧和配重自動裝置的。其中氣動張緊裝置是通過氣壓來實現張緊的，穩(wěn)定性很好。因為對螺旋槳葉片的磨削加工中，螺旋槳葉片旳型面比較復雜，加工需要的變化很大，所以選擇自動張緊裝置比較合適，本設計中所選取的是張緊氣缸自動張緊裝置，能夠在磨削加工中產生恒定的張力，使得磨削過程具有良好的穩(wěn)定性16。3.6 砂帶尺寸選擇及計算通常情況下，在選取砂帶尺寸時，遵守“寧長勿短”的原則，因為砂帶的周長越長其使用壽命也越長。同時，砂帶的尺寸越長，磨頭機構中的相關零件也更容易布置，但當砂帶尺寸過大時，就會導致砂帶煽動以及機床空間尺寸過大。然而尺寸過小時，砂帶工作循環(huán)次數就

39、會增多，同時參與磨削的磨粒數目亦會減少，就會造成砂帶使用壽命減少。因此選擇合適的砂帶尺寸極其重要。根據上面的要求可選砂帶為：850mm×37mm，其粒度為P=160，這樣能夠滿足具體的螺旋槳葉片的加工要求。因為上面我們已經選定好了接觸輪和張緊輪的直徑，又選定了砂帶型號，即已知：接觸輪直徑D=80mm，張緊輪直徑D1=100mm，砂帶長度L=850mm。這樣就可以計算出帶輪間的中心距d以及砂帶的包角a，公式如下：計算中心距： d=（L-Dm）/4+（）/4 式中 Dm=（D+D1）/2；=（D1-D）/2；可得： d=621.2mm砂帶驅動輪的包角： a=180°+(D-D2

40、)×60°/d 可得：a=184.83°因為包角的大小會直接影響到砂帶傳遞載荷的能力，包角越大，傳遞載荷的能力就會越強，通常來說包角愈大愈好。如果包角太小，傳遞動力的時候就會容易產生打滑現象。為了防止打滑現象，所以計算包角必須不得小于許用包角值a，即 aa這在磨頭結構設計時非常重要。查閱相關資料得知，當驅動輪是鋼材或鋁材的時候可以取a=150°，而此次設計中a=184.83°，符合條件。3.7砂帶磨削過程中的受力分析：上文提到此次設計將采用接觸輪式磨削，而接觸輪式磨削是砂帶磨削所有類型中應用最為廣泛的，也是最具有代表性的，它有兩種結構方式：一種

41、是接觸輪直接作為驅動輪，另外一輪子作為張緊輪；再一種是接觸輪不作驅動輪，驅動輪同時又作為張緊輪?？紤]到機床的總體布局，此次設計中采用后面一種方式，即接觸輪不做驅動輪的形式。砂帶磨削過程中的砂帶受力分析如下：當砂帶靜止的時候，即是砂帶沒有傳遞載荷，砂帶上下兩邊的張力均為砂帶初張力Fo。當砂帶旋轉時，驅動輪對砂帶對砂帶產生一個帶動力，設驅動輪對砂帶的作用力為Ff（有效圓周力）。砂帶與工件接觸產生一定的磨削力，可以分成法向磨削力（Fn）和切向磨削力（Ft），并反作用于砂帶。這時候砂帶兩邊的張力會產生變化，分別記為F1和F2。在砂帶運轉過程中有可能會出現打滑現象，打滑是指由于帶的彈性變形而引起的帶與帶

42、輪之間的滑動，也稱為彈性滑動。在臨界狀態(tài)（即砂帶磨削中將要產生卻又沒有打滑的狀態(tài)）時，存在如下關系：Ff+F1=Ft+F2如果不考慮輪子自身的轉動慣量和輪磨削中所產生的摩擦阻力，應該有：F1=F2，得Ff=Ft。因此，在設計中我們要防止打滑現象得產生。為了使砂帶能夠正常磨削而不產生打滑現象，必須得有 Ff>Ft。根據平帶傳動原理可知，有效圓周力Ff與張緊力Fo和輪子結構尺寸之間的關系是：a其中 Fo砂帶初張力，選Fo=100Ne自然對數的底（e=2.718.）u砂帶和驅動輪接觸面之間的摩擦系數a砂帶繞驅動輪的有效包角通過計算可以得出理論圓周力，而實際圓周力應為： Ffo=Ff+kuFn式

43、中 k與接觸弧長和接觸輪開槽情況有關的系數，當接觸輪無開槽時k=1； Fn法向磨削力。最終通過計算可得實際圓周力為：Ffo=1311N4 螺旋槳葉片砂帶磨削三維建模4.1三維建模的意義三維建模是把虛擬的二維模型轉化為實體的模型，在三維空間中構造三維形體來表達設機構想，讓人一目了然，在設計過程中具有重要的意義。三維建模是設計過程中的一種重要手段三維模型在實際生產中應用十分廣泛，主要應用于建筑業(yè)、機械行業(yè)、汽車行業(yè)航空航天等。此磨頭機構的建模能夠更好地讓人明白磨頭的結構功能特性，同時在建模過程中我對磨頭的結構更加了解，才能一步步的優(yōu)化。4.2 磨頭機構裝配成形圖此次建模是通過綜合整理前文查詢所得的

44、相關文獻及其數據，利用solidedge進行三維建模，并對建模而成的各個零件進行總體裝配。具體建模圖形如下圖所示：圖 4.1 磨頭機構主視圖圖 4.2 磨頭機構側視圖圖 4.3 磨頭機構后視圖5 功能分析本次設計中，對于磨削方式的選擇我們隊開式磨削和閉式磨削都進行了說明，其中開式磨削的磨削精度很高，但是不適合本次設計的要求，最終選擇了閉式磨削作為本次設計的磨削方式。閉式砂帶磨削的磨削效率相當高，這就很好地滿足了實際生產中的加工要求。磨頭機構作為最關鍵的砂帶磨床機構，它的精度決定了整個磨床的加工性能，在設計過程中對各個零件都是仔細分析其功用再逐步設計，因此在設計過程中老師要求我一點也不能馬虎大意

45、。此磨頭機構是根據螺旋槳葉片是空間曲面加工而設計的。在張緊輪的設計中選擇了比接觸輪大的直徑，這就保證了在磨削過程中就有一定的包角。而接觸輪的設計中保證了較大的磨削接觸面積，而三個惰輪的設計就保證了砂帶能夠有足夠的長度。在磨頭機構中通過三相異步電動機帶動驅動輪，砂帶通過纏繞在驅動輪、接觸輪、張緊輪和三個惰輪之間，并通過氣動氣缸使張緊輪處于張緊狀態(tài)，在驅動輪的帶動下，砂帶高速轉動對螺旋槳葉片進行磨削加工。同時接觸輪支撐板也采用浮動氣缸，使接觸輪能夠更大限度的與螺旋槳葉片表面貼合在一起，能夠有效的增加砂帶和螺旋槳葉片的接觸面積，提高螺旋槳葉片的加工效率，也使砂帶的使用壽命更長。本次設計中，對螺旋槳的

46、加工采用的是四軸聯動的方式，螺旋槳砂帶磨床的橫向和縱向進給運動，磨頭機構的小幅回轉偏擺運動，再加上螺旋槳葉片自身的低速旋轉運動，組成了砂帶磨床的四軸聯動運動，已經完全符合螺旋槳葉片的加工要求。6 總結本課題通過對船用螺旋槳葉片的整體分析，在了解螺旋槳葉片傳統(tǒng)的加工方法及其加工難度的基礎上，通過綜合比較確定采用砂帶磨削這種高精度、高效率的加工方法，并基于砂帶磨削原理進行更深一步的設計螺旋槳葉片砂帶磨削技術方案與磨頭裝置結構設計。畢業(yè)設計是一個漫長的過程，最初我就要在網上找資料了解砂帶磨削技術，因為以前都沒有接觸過這門技術。對砂帶磨削有了一定的了解，就要開始完成開題報告的書寫。在這過程中經常要與師

47、兄師姐們交流意見，他們也樂于幫助我一起完成開題報告。然后就是外文文獻的翻譯，這也是很耗時間的。從畢業(yè)設計選題開始，我就有意識的搜集與螺旋槳葉片加工相關的一些文獻資料，在畢業(yè)設計過程中曾經多次到三磨海達公司參觀螺旋槳砂帶磨床實物，使我心里更加明確我要設計的是什么，側重點在哪里。回來之后，通過自學三維建模軟件，將砂帶磨床磨頭機構的各個功能部件進行初步的三維建模，并對其中不符合優(yōu)化要求的零部件進行修改、重建，再統(tǒng)一進行裝配。直至所有的零部件功能都得到了驗算之后，再通過三維軟件solidedge將裝配而成的磨頭裝置模型轉化成二維工程圖，結合以前所學的機械制圖知識，將二維工程圖繪制完成，最后再依據整個的設計要求書寫畢業(yè)設計說明書。在設計過程中，讓我對磨床從單一理論書本上的認識